电子助进化学气相沉积金刚石中发射光谱的蒙特卡罗模拟

采用蒙特卡罗方法，对源料气体为CH4/H2混合气的电子助进化学气相沉积（EACVD）中 的氢原子(H)、碳原子(C)以及CH基团的发射过程进行了模拟.研究了CH4浓度、反应室气压 和衬底偏压等工艺参数对发射光谱及成膜的影响.研究发现，CH基团可能是有利于金刚石薄 膜生长的活性基团，而碳原子不是；偏压的升高可提高电子平均温度及衬底表面附近氢原子 的相对浓度；通过氢原子谱线可测定电子平均温度并找到最佳成膜实验条件.该结果对EACVD 生长金刚石薄膜过程中实时监测电子平均温度，有效控制工艺条件，生长出高质量的金刚石 薄膜具有重要的意义. 关键词： 蒙特卡罗模拟 金刚石薄膜 发射光谱     

乙炔气体流量对纳米TiC类金刚石复合膜的化学结构及力学性能影响

采用离子注入与反应磁控溅射相结合的方法在钛合金及硅片基体表面上制备了纳米TiC类金刚石(DLC)复合膜.通过纳米压痕技术检测了薄膜的纳米硬度，显微划痕试验评估了薄膜的结合力.通过X射线光电子能谱及X射线衍射表征了薄膜的化学结构.结果表明，通过改变C₂H₂气体流量，可以达到控制薄膜中钛原子含量的目的，合适的C₂H₂气体流量可以在DLC膜中形成较多的纳米TiC晶粒，形成DLC包覆TiC晶粒的复合结构，使DLC膜力学性能得到明显提高.另外，划痕试验表明掺钛、先注入后沉积工艺都使薄膜的结合力得到了较大提高. 关键词： 纳米TiC类金刚石复合膜 类金刚石膜 力学性能     

微波化学气相沉积中气压对金刚石薄膜生长速率和质量的影响

研究了微波化学气相沉积中沉积气压对金刚石薄膜生长速率和质量的影响.研究表明，金刚石薄膜的生长速率随沉积气压的提高而增大，生长速率与沉积气压为线性关系.在高沉积气压下生长的金刚石薄膜晶形完整，拉曼谱测量可得到锐利的金刚石相的峰，但电压-电流测量表明，随着制备时沉积气压的提高，金刚石薄膜的暗电流增大，膜的电学质量下降. 关键词： 金刚石薄膜 生长速率 沉积气压     

辉光等离子体辅助化学气相沉积低温合成金刚石薄膜的研究

采用辉光放电等离子体增强化学气相沉积 (GP CVD)技术在低温条件下合成了高品质的亚微米金刚石薄膜 ,并通过对合成过程的实时发射光谱诊断确定了 [CH4 H2 ]系统参与金刚石合成反应的主要荷能粒子。对合成过程的研究表明 :采用这种技术能使电子增强热丝化学气相沉积 (EACVD)合成高品质金刚石薄膜的温度从 85 0℃降至 (340± 5 )℃ ;薄膜低温合成中的主要荷能粒子为CH3 、CH ,CH+ 、H 等 ,其中过饱和原子氢保证了高品质金刚石薄膜的合成 ;根据光诊断和探针测量的结果推断近表面辉光放电可在基片表面形成电偶极层 ,该偶极层是进行超常态反应的必要环境 ,并在低温合成中起重要作用     

高导热金刚石薄膜的研究

分析了影响金刚石膜热导率的主要因素，指出声子的散射是造成金刚石膜热导率降低的主要原因．采用光热偏转法实现了金刚石薄膜热导率的测试，测量误差小于5%，从减少杂质和晶界对导热声子的散射入手，研究了在不同的制备方法下碳源气体和金刚石膜内晶粒取向对其热导率的影响．结果表明在低碳源气体浓度下采用微波等离子体化学汽相沉积方法制备的具有较高程度（400）晶粒取向的金刚石薄膜具有高的热导率性质．优化的工艺条件制备出热导率为15.2W/（K·cm）左右的金刚石膜． 关键词：     

石英衬底上生长的高光学质量的纳米金刚石薄膜

采用射频等离子体增强的热丝化学气相沉积(RFHFCVD)技术在石英玻璃衬底上制备了表面光滑、晶粒致密均匀的纳米金刚石薄膜.用扫描电子显微镜(SEM)和台阶仪观测薄膜的表面形貌和粗糙度,x射线衍射(XRD)和Raman光谱表征膜层的结构,并用紫外可见近红外光谱仪测量其光透过率.实验结果表明,衬底温度、反应气压及射频功率对金刚石膜的结晶习性、表面粗糙度及光透过率均有很大程度的影响,其最佳值分别为700℃,2×133Pa和200W.在该最佳参量下经1h的生长即获得连续、平滑的纳米金刚石膜,其平均晶粒尺寸为约25 关键词： 纳米金刚石薄膜 射频等离子体增强热丝化学气相沉积 光透过率     

电子助进热丝化学汽相沉积金刚石薄膜

以CH₄和H₂为源反应气体，利用电子助进热丝化学汽相沉积（CVD）技术，在Si（100）晶面衬底上成功地得到了织构生长的金刚石薄膜．用扫描电子显微镜、Raman光谱、X射线衍射等多种技术对薄膜的形貌、成分、晶态等特性进行了分析，得到了在热丝CVD实验条件下织构生长金刚石薄膜的最佳工艺条件． 关键词：     

脉冲高能量密度等离子体法类金刚石膜的制备及分析

利用脉冲高能量密度等离子体法在光学玻璃衬底上、在室温下成功的制备了光滑、致密、均匀的纳米类金刚石膜.工艺研究表明：放电电压和放电距离以及工作气体种类对纳米类金刚石膜的沉积起着关键作用.利用拉曼光谱、扫描电镜以及电子能量损失谱分析薄膜的形态结构表明：薄膜具有典型的类金刚石特征；纳米类金刚石膜的晶粒尺寸小于20nm甚至为非晶态；类金刚石膜中含有一定量的氮原子，随着沉积能量的升高，氮的含量增大.纳米类金刚石膜的薄膜电阻超过109Ω/cm2.对放电溅射过程进行了理论分析，结果与工艺研究的结论吻合.     

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利用在线椭偏仪对非晶碳氢膜进行了光学常数、沉积率和刻蚀率的测量。在无直流负偏压或偏压较小时,薄膜呈现聚合物结构,折射率和消光系数较小;当增加直流负偏压时,薄膜的折射率和消光系数显著提高,所成膜为硬质非晶碳氢膜。在以CH4作为气源进行沉积时,随着偏压的增加,沉积率先升高再降低,在偏压为-100V时,沉积率为最大。H2/N2(30%N2)的混合气体的刻蚀率要比单独用H2作为刻蚀气体的刻蚀率要大。对于CH4/N2(30%N2),在偏压从0V增加到300V过程中,在大约50V时,基底上的薄膜有一个从沉积到刻蚀的转化过程。     

非晶金刚石薄膜的X射线反射研究

利用过滤阴极真空电弧系统制备了不同衬底偏压下非晶金刚石薄膜,分别采用X射线反射法测定了相应的非晶金刚石膜密度,分析了薄膜密度与沉积能量之间的变化规律．建立了薄膜密度随衬底偏压的变化曲线。研究发现在-80V时非晶金刚石膜密度存在最大值3．26g／cm^2,随着偏压的增大和减小,薄膜的密度都相应的下降;当衬底偏压加到-2000V时,密度减小到2．63g／cm^2,相对于密度的最大值变化较小。通过薄膜sp^3能态杂化含量与密度的简单比例关系,近似推算出非晶金刚石膜中sp^3能态的含量最高可达80％以上。     

电子助进化学气相沉积金刚石中衬底温度对发射光谱的影响

采用蒙特卡罗方法,对以CH4/H2为源料气体的电子助进化学气相沉积(EACVD)金刚石中的氢原子(H_α,H_β和H_γ)、碳原子C(2p3s→2p2: λ=165.7 nm)以及CH(A2Δ→X2Π: λ=420～440 nm)的发射过程进行了模拟,研究了衬底温度对各发射谱线以及金刚石膜合成的影响。结果得知,各谱线强度随衬底温度的变化幅度很小,且在衬底表面附近的谱线强度随衬底温度的变化幅度相对于远离衬底的反应区域较大,这表明衬底温度的变化基本上不改变远离衬底的反应区域中反应基团成分,而只对衬底表面附近的反应过程有影响。由此得知,衬底温度对薄膜质量的决定性主要是由于衬底温度改变了衬底表面化学反应动力学过程和表面附近的反应基团的缘故,而不是衬底温度对反应空间中气相成分的影响。     

源气体对沉积的a-C∶F∶H薄膜结构的影响

采用微波电子回旋共振等离子体化学气相沉积(MWPECRCVD)方法,使用不同的源气体(CHF3CH4,CHF3C2H2,CHF3C6H6)体系制备了aC∶F∶H薄膜.由于CH4,C2H2,C6H6气体在等离子体中的分解反应不同导致了薄膜的沉积速率和结构上的差异.红外吸收谱的结果表明,用C6H6CHF3作为源气体沉积的薄膜中几乎不含H,而用C2H2CHF3所沉积的薄膜中的含氟量最高,其相应的CF振动峰位向高频方向偏移.薄膜的真空退火结果表明,aC∶F∶H薄膜的热稳定性除了取决于薄膜的CC键浓度外,还与CC键 关键词： 氟化非晶碳膜 电子回旋共振化学气相沉积 红外吸收光谱     

含氮氟化类金刚石(FN-DLC)薄膜的研究:(Ⅰ)sp结构与化学键分析

以CF4,CH4和N2为源气体,利用射频等离子体增强化学气相沉积法,在不同功率下制备了含氮氟化类金刚石膜.用俄歇电子能谱、拉曼光谱、X射线光电子能谱和傅里叶变换红外光谱对薄膜的电子结构和化学键进行了表征,并结合高斯分峰拟合方法分析了薄膜中sp2,sp3结构比率.结果表明,制备的薄膜属于类金刚石结构,不同沉积功率下,薄膜内的sp2/sp3值在2.0—9.0之间,随着沉积功率的增加薄膜内sp2的相对含量增加.膜内主要有C—Fx(x=1,2),C—C,CC和CN等化学键.沉积功率增加,C—C基团增加,膜内F的浓度降低,C—F基团减少,薄膜的关联加强,稳定性提高.     

类金刚石薄膜及其进展

为了使研究者能更详细地了解类金刚石（DLC）薄膜的研究现状,综述了类金刚石薄膜的特性及应用,分析对比了目前常用的一些类金刚石薄膜的制备方法,包括物理气相沉积法（PVD）和化学气相沉积法（CVD）,并对类金刚石薄膜的抗强激光损伤特性以及提高其激光损伤阈值的方法进行了论述。结果发现,利用PVD法制备的DLC膜的硬度可以达到40 GPa~80 GPa,且薄膜的残余应力可以达到0.9 GPa~2.2 GPa之间,而CVD法则由于反应气体的充入导致类DLC薄膜的沉积速率大大降低,故使用率不高。同时,优化膜系的电场强度设计,采用合理的制备工艺,进行激光辐照后处理,施加外界电场干预均可有效地提高DLC薄膜的抗激光损伤能力, 且目前的DLC薄膜的激光损伤阈值可达到2.4 J/cm2。     

氢气浓度对MPCVD金刚石膜色度的影响

利用自行设计的直接耦合石英管微波等离子体化学气相沉积装置, 以氢气和甲烷为反应气体, 沉积出八个金刚石膜样品。研究了氢气浓度对所沉积金刚石膜色度的影响。结果表明, 饱和纯度和色纯度随着H2浓度的增大而升高; 当H2浓度达到94.137%时, 饱和纯度和色度纯度达到最大, 分别为8.5%和9.5%; 之后随着H2浓度的进一步升高饱和纯度和色纯度开始下降。     

a-C:N:H纳米尖端荧光产生的机理

用CH4,H2和NH3为反应气体,利用等离子体增强热丝化学气相沉积在沉积有碳膜的Si衬底上制备了a-C:N:H纳米尖端,并用扫描电子显微镜和微区Raman光谱仪对碳膜和纳米尖端进行了表征。结果表明:Raman谱中含有与碳和氮相关的峰,且纳米尖端的Raman谱比碳膜的Raman谱有很强的荧光背景。Raman谱中的峰说明沉积的碳膜和纳米尖端是a-C:N:H薄膜和a-C:N:H尖端。a-C:N:H纳米尖端的Raman谱中强荧光背景的产生表明其在激发光源照射的过程中发射了强荧光,对a-C:N:H纳米尖端产生强荧光的机理进行了探讨。     

磁控反应溅射制备择优取向氮化铝薄膜

以氮气为反应气体，采用磁控反应溅射方法制备了择优取向的氮化铝薄膜．通过XRD测试发现．靶基距、溅射气压影响薄膜的择优取向：大的靶基距及高的溅射气压利于（100）面择优取向，小的靶基距和低的溅射气压利于（002）面择优取向．通过对沉积速率的分析发现．高的沉积速率利于（002）面择优取向，低的沉积速率利于（100）面择优取向．研究结果表明：沉积速率影响了核在衬底表面的生长方向，从而影响了各晶面的生长速度．最终决定薄膜的择优取向．     

氧回旋离子束刻蚀化学气相沉积金刚石膜

利用非对称磁镜场电子回旋共振等离子体产生的氧回旋离子束刻蚀了化学气相沉积金刚石膜,研究了工作气压和磁电加热电压对金刚石样品附近的离子温度和密度的影响,并分析了金刚石膜的刻蚀和机械抛光效果。结果表明:当工作气压为0.03 Pa,磁电加热电压为200 V时,离子温度和密度最大,分别为7.38 eV和 23.81010 cm-3 。在此优化条件下刻蚀金刚石膜4 h后,其表面粗糙度由刻蚀前的3.525 m降为2.512 m,机械抛光15 min后,表面粗糙度降低为0.517 m,即金刚石膜经离子束刻蚀后可显著提高机械抛光效率。     

CH基团与金刚石(111)面的碰撞反应及其对碳膜生长的影响

等离子体增强化学气相沉积技术中的碳膜选择性自组装机理是高性能碳膜制备过程中的挑战性基础课题.采用经典分子动力学方法,模拟了不同能量(1.625-65 eV)的CH基团在清洁金刚石和吸氢金刚石(111)面上的轰击行为,获得了吸附、反弹、反应等各类事件的发生概率,并据此探讨了含氢碳膜制备过程中CH基团的贡献.结果表明,随着入射能量的增加,CH基团对薄膜生长的贡献由单纯的吸附、反弹机理向反应、吸附混合机理转变,其中最主要的反应过程是释放一个或两个氢原子的反应,而释放氢分子的反应则很少发生.这些反应不仅使薄膜生长过程更均匀、薄膜表面更平整,还降低了薄膜的氢含量.生长机理的转变导致低能量条件下所成薄膜中的多数碳原子都包含一个氢原子作为配位原子,而高能量条件下的薄膜中的碳原子则很少有氢原子作为配位原子.另外,通过分析sp~3-C和sp~2-C数目的变化,研究了CH基团对金刚石基底的破坏作用.     

FTIR监测金刚石薄膜生长的研究

用电子回旋共振等离子体（ECR）系统, 在气压、衬底温度以及微波功率等外界条件不变的情况下,仅改变甲烷浓度制备金刚石薄膜,利用傅里叶红外吸收光谱仪（FTIR）对甲烷浓度为6％的ECR系 统进行实时监测,分析研究了不同沉积时间条件下,甲烷和氢气产生的等离子体对薄膜早期成核、生长过程以及衬底的影响,并结合Raman光谱X射线衍射（XRD）和扫描电镜（SEM）对金刚石薄膜进行 了分析。